在宇宙尺度上，尋找外星生命的關鍵線索就在眼前。
這顆名為比鄰星b的行星於2016年被發現，它圍繞著我們太陽最近的鄰居恆星比鄰星執行。透過它引力拉動恆星產生的明顯擺動，這個世界被揭示出來。它比地球略大，並且像地球一樣，位於比鄰星的“宜居帶”內，這是一個環恆星區域，來自星光的熱量可能會使液態水存在於岩石行星表面。除此之外，關於這顆行星的其他資訊就知之甚少了，它與我們地球的相似之處可能就止步於此。
比鄰星是一顆紅矮星，一顆紅色的恆星矮星，其光芒僅是我們遠大於它的黃色恆星的千分之一左右。它的行星軌道也相應地縮小了，一年只有11天，而不是365天，這使得它比水星離太陽近10倍。雖然星光可能足以維持液態水的存在，但這種近距離的其他影響——這顆縮小的恆星在幼年時期更加明亮，以及強大的恆星風和X射線耀斑的持續轟擊——可能早已掃走了這顆行星的空氣、水分以及任何表面生命的可能性。似乎在紅矮星周圍，“宜居帶”和“危險帶”幾乎是同一回事。自從比鄰星b被發現以來，科學家們一直在爭論其生命前景。7月24日，一場辯論中出現了新的論點，在一篇論文中，一組研究人員的建模表明，即使受到強大的磁場的保護，比鄰星b上類似地球的大氣層仍然會由於強烈的恆星輻射而迅速消散。當然，沒有人真正認為這個案子已經結束了。
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“有太多的注意事項，現在回答比鄰星b的宜居性問題還為時過早，”這顆行星的主要發現者，倫敦瑪麗女王大學的天文學家吉列姆·安格拉達-埃斯庫德（Guillem Anglada-Escudé）說。“現在這只是哲學和模擬的問題。我們需要的是實際資料。”
這對天體生物學家來說意義重大，不僅僅是因為比鄰星b可能是“隔壁的地球”，還因為像這樣的世界可能構成了宇宙中大部分潛在的可居住行星地盤。紅矮星是壽命最長、數量最多的恆星型別，在銀河系和其他大型星系中遠多於更大、更亮的恆星，統計資料表明，它們中的大多數都應該在不太熱、不太冷的軌道上擁有像比鄰星b這樣的小行星。理想情況下，天文學家希望研究最近的紅矮星周圍的一些有希望的行星，尋找大氣氣體（如水蒸氣、二氧化碳、氧氣和甲烷）的跡象，這些氣體至少在地球上暗示著適宜居住的條件甚至生命本身的存在。對於那些從地球上看到“凌日”穿過其恆星表面的相對較近的行星來說，這種測量最容易進行，當任何明顯的大氣層表現為在我們望遠鏡中環繞世界陰影的折射星光環時。唉，比鄰星b似乎沒有凌日現象，而對距離更遠的紅矮星周圍潛在宜居行星的凌日研究尚未最終揭示出它們大氣的任何細節，甚至沒有揭示它們是否擁有大氣層。
華盛頓大學天體生物學主任維多利亞·梅多斯（Victoria Meadows）說：“這對生命來說是一個非常大的問題，它遍佈整個星系。”“這些是宇宙中最常見的宜居帶行星型別，而目前它們是否能夠保持其大氣層還是懸而未決的問題。如果事實證明它們所有的大氣層都被完全剝離了，那麼其他地方出現生命的機率就會大幅下降。”
尋找熱空氣
遠端嗅探這些誘人世界上的空氣並非易事，最早也要到本十年末，甚至要到下一個十年才會發生。首次觀測可能由美國宇航局的紅外詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在2018年發射後進行，隨後在2020年代中期，將出現帶有30米鏡面的新一代地面“超大型望遠鏡”。然而，回報可能是巨大的：在提交給《天體物理學雜誌》的即將發表的論文中，哈佛-史密森天體物理學中心的天文學家卡羅琳·莫利（Caroline Morley）及其同事得出結論，總共只需一週的觀測時間，韋伯就可能在統計上顯著地檢測到附近紅矮星凌日的一些小型行星上類似地球的大氣條件。當然，韋伯也可能發現那些世界是無空氣的岩石。這些投資是否會發生還遠未確定：由於其名義壽命只有五年，而且世界各地的天文學家都在爭先恐後地使用它，該望遠鏡註定會成為人類有史以來建造的最供不應求和最受歡迎的科學儀器。
與此同時，一些研究人員正專注於尋找利用韋伯來簡單地檢測大氣層的方法，或者排除在最近的潛在適合生命的紅矮星世界上是否存在大氣層。如果發現比鄰星b設法在星際宿主的物理攻擊下保持了可觀的大氣層，那麼你就朝著證明宇宙充滿了具有生物前景的紅矮星世界邁出了一大步。相反，如果發現它沒有大氣層，則可以支援紅矮星在尋找外星生命的過程中基本上是死衚衕的觀點。
“這聽起來可能有點傲慢，但利用韋伯來證明比鄰星b擁有大氣層將是它可能取得的最大科學成就之一，”萊頓大學的天文學家伊格納斯·斯內倫（Ignas Snellen）說。“如果韋伯做到了這一點，我認為無論它還做了什麼，該專案都必須被認為是成功的。”
韋伯從一開始就不是為了研究其他恆星周圍的微小、昏暗的行星而設計的。相反，它的儀器和巨大的6.5米鏡面——迄今為止在太空中飛行的最大鏡面——被設計用來研究來自宇宙第一批恆星和星系的微弱紅外光。即便如此，天文學家還是為望遠鏡設計了至少兩種方法來觀察比鄰星b。兩者都依賴於望遠鏡的中紅外儀器（MIRI），這是一種冷凍冷卻的、咖啡桌大小的成像儀和光譜儀，一旦進入太空，它將在絕對零度以上僅7度的溫度下執行。雖然比鄰星b不會凌日，並且離它的恆星太近而無法被韋伯直接看到，但MIRI的超冷探測器應該能夠梳理出與恆星光混合在一起的世界發出的熱量的跡象，這種情況類似於尋找太陽背光照射下的燈泡的光芒。
在行星存在的訊息釋出後不久，比鄰星b的發現者和合作者在論文中首次提到了MIRI的這種潛在用途，勞拉·克萊德伯格（Laura Kreidberg）和阿維·勒布（Avi Loeb）在哈佛-史密森天體物理學中心的一項後續研究中對其進行了闡述。該技術要求使用MIRI來監測系統至少一個完整的11天比鄰星b軌道，尋找它的寒冷、黑暗的夜側和溫暖、被照亮的晝側之間的溫度差異，因為行星圍繞其恆星旋轉。白天和黑夜之間微小的熱變化將暴露出大氣層的存在，而大氣層正在重新分配熱量，而強烈的對比則表明該行星根本沒有大氣層。將MIRI的凝視時間延長到60天，同樣的技術甚至可能揭示大氣臭氧的存在（或不存在），這是一種潛在的“生物標誌”氣體，可能表明存在光合生物或其他生物。
克萊德伯格說，這樣的觀測並不容易。11天不間斷的觀測時間（更不用說60天）對於韋伯來說將是一個巨大的要求，因為世界各地的天文學家都在爭先恐後地使用這種珍貴資源。更重要的是，比鄰星是一顆耀斑星，不斷地爆發光芒，除非以某種尚未定義的方式費力地過濾掉這些光芒，否則可能會蓋過來自比鄰星b的微弱得多的熱訊號。
掃描溫室氣體條形碼
第二種檢測比鄰星b大氣層的方法出現在7月26日線上釋出的由萊頓大學天文學家斯內倫領導的研究中。斯內倫沒有透過晝夜溫度變化來尋找大氣層，而是提議使用MIRI來尋找行星空氣中一種可能的成分——二氧化碳。由於其眾所周知的吸收熱量（即紅外光）的能力，這種溫室氣體會在任何透過它的星光上印上一系列條形碼狀的陰影“吸收線”。MIRI的光譜儀無法輕易地從星光壓倒性的明亮背景中分辨出二氧化碳的吸收線，但斯內倫認為，使用基於模型的模板進行仔細校準將使二氧化碳的“條形碼”在星光眩光中模糊地顯現出來，其中個別線的集合將表現為MIRI測量中的寬峰和寬谷。
斯內倫說，這種方法需要幾天的觀測時間——比測量比鄰星b在整個軌道上的完整相位曲線的時間稍短——而且不會受到恆星耀斑的汙染影響。然而，它還需要對MIRI在太空中的效能以及目前研究人員缺乏的比鄰星的紅外輻射有深入的瞭解。“挑戰在於證明這種方法有效，”斯內倫說，“但你基本上只能透過實際操作來證明這一點。”他和克萊德伯格的技術可能都需要一些踏腳石式的觀測，其中MIRI將瞄準一系列更大、更熱、研究難度更高的行星。這些初步測試，加上與這些雄心勃勃的觀測相關的其他技術挑戰，可能會阻止韋伯在主要任務開始至少一年內對“比鄰星b”進行仔細檢查。
斯內倫說，如果他的方法確實對半人馬座比鄰星 b 有效，“它不僅可以讓你獨立地探測到這顆行星，還能清楚地表明它有大氣層——不僅如此，而且大氣層中還含有二氧化碳！二氧化碳是一種非常重要的氣體——一種溫室氣體——它可以告訴你很多關於行星大氣層和氣候的資訊。如果我們在比鄰星 b 上發現它，它會告訴我們這顆行星可能更像我們在我們太陽系中看到的類地世界。”
米德斯說，比鄰星 b 大氣層中二氧化碳的跡象基本上可以證實這顆行星是岩石行星，而不是一個臃腫的、富含氫氣的氣體球，但除此之外，它也可能指向幾種相互獨立的環境。這可能意味著這顆行星是一個像金星一樣的失控溫室世界，在那裡，比鄰星在早期更明亮的恆星演化階段煮沸了海洋，並將岩石中的二氧化碳烤了出來。這也可能意味著這顆行星是土星最大衛星泰坦的升溫版本——一個奇怪的、泥濘的泥球，主要由水和碳氫化合物組成，在煙霧瀰漫的朦朧大氣層下慢慢沸騰。或者，它可能意味著比鄰星 b 是一個涼爽、乾旱的岩石世界，具有像火星一樣的稀薄大氣層——或者，也許，是一個更溼潤、溫暖和宜人的地方，很像地球。相反，沒有發現二氧化碳並不一定意味著比鄰星 b 沒有大氣層，甚至不缺乏溫室氣體；例如，富含氫氣的大氣層或濃厚的高空雲層也可以解釋未檢測到二氧化碳的情況。
克雷德伯格認為，尋找比鄰星 b 的相位曲線以及其二氧化碳的這兩組觀測是解決這顆行星是否有大氣層之謎的互補方法。雖然花費幾天甚至幾周的韋伯望遠鏡的有限時間在這顆行星上似乎有些過分，但它可能提供的見解使其值得。她說：“在離太陽最近的恆星周圍只有一個潛在的可居住行星，我們只有少數幾個可以用韋伯望遠鏡研究的附近的、地球大小的行星。我們不知道它們的大氣層是什麼樣的，甚至不知道它們是否能保持住大氣層。因此，我們應該嘗試所有方法來了解我們能瞭解到的關於它們的一切。我認識的每一位天文學家都在屏住呼吸，等待著我們的發現！”